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Estudo sobre a radiação de nêutrons ao redor do cíclotron do CDTN prevê repercussões

20 de Janeiro de 2020

Um novo estudo sobre o campo de radiação de nêutrons ao redor do cíclotron GE PETtrace, um acelerador de partículas utilizado para a produção de radiofármacos no CDTN, foi publicado na revista Applied Radiation and Isotopes e prevê algumas repercussões. A principal é que o mapeamento dos campos de radiação de nêutrons ao redor do cíclotron do CDTN, em diferentes condições de operação e/ou produção, fornece dados importantes para otimização da proteção radiológica do trabalhador e indivíduo do público, contribuindo para o estabelecimento dos níveis de restrições de doses.

Exame no Tomográfo por Emissão de Pósitrons - PET, na sigla em inglês Foto: AIEA - Divulgação

Esse acelerador cíclotron, a partir do bombardeamento por um feixe de prótons a um alvo contendo água enriquecida com oxigênio-18, provoca uma reação nuclear que produz o flúor-18 e libera nêutrons. O flúor resultante é utilizado para a produção do radiofármaco Radioglic^® (Fludesoxiglicose - FDG), empregado em Tomógrafos de Emissão de Pósitrons (PET, na sigla em inglês) para diagnóstico, localização e determinação da extensão do câncer em uma pessoa e para avaliação das terapias utilizadas para combatê-lo. O CDTN fornece esse radiofármaco às clínicas de medicina nuclear e hospitais de Minas Gerais, o que permite a realização de mais de 200 exames mensais em usuários do estado.

O objetivo do novo estudo publicado foi avaliar o campo de radiação de nêutrons ao redor do cíclotron do CDTN, utilizando a técnica de análise por ativação neutrônica.

Cíclotron GE PETtrace do CDTN, com detalhe de seus alvos e principais componentes - Divulgação

Nessa técnica, um material específico é exposto à irradiação com nêutrons – neste caso produzidos pela reação nuclear no cíclotron – que resulta em um radioisótopo conhecido e de fácil medição, o que permite caracterizar e quantificar o material inicial ou determinar o fluxo de nêutrons. No estudo realizado, a técnica conciliou as medições com os intervalos da produção rotineira do flúor-18.

Com controle de acesso, de modo a prevenir a exposição acidental dos trabalhadores, o cíclotron do CDTN é instalado em uma casamata de concreto, com paredes e teto de 1,9 m de espessura, suficientes para blindar tanto a radiação eletromagnética – raios-x e gama, quanto os nêutrons produzidos pela reação nuclear.

O campo de radiação gama e de nêutrons dentro de um ambiente fechado, como uma casamata de concreto de um cíclotron em operação, é intenso, pulsado e com um espectro em energia bastante amplo. Essas características, somadas ao intenso campo eletromagnético, introduzem grandes desafios para a realização de medidas confiáveis.

Sob a supervisão do pesquisador Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo. e com a participação de três outros pesquisadores do Centro, Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo., Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo. e Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo., o estudo foi desenvolvido pelo então bolsista do CDTN, Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo., do Programa Nacional de Pós-Doutorado (PNPD), da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), uma fundação do Ministério da Educação (MEC).

Folhas de ouro, ouro revestido com cádmio, índio e níquel ativadas pelo fluxo de nêutrons - Divulgação

Na pesquisa foram utilizados como detectores folhas de ouro, ouro revestido com cádmio, índio e níquel, todos ativados pela reação com os nêutrons presentes no entorno do cíclotron. Os radioisótopos resultantes dessa reação revelaram as características do fluxo de nêutrons existente. Foram realizadas medições em quatro pontos no interior da casamata, que mostraram as contribuições dos fluxos de nêutrons térmicos, epitérmicos e rápidos. A metodologia desenvolvida para as medidas das atividades induzidas e taxas de reações nas folhas de ouro, índio e níquel foi considerada confiável e prática, podendo ser utilizada para avaliar a fluência de nêutrons em torno de cíclotrons biomédicos, durante a produção do flúor-18.

O primeiro cíclotron foi construído por Ernest Lawrence, Edlefsen e Livingston, em 1930, e isso tornou possível a produção de uma grande variedade de isótopos radioativos usados em pesquisas biomédicas. O acelerador de partículas do tipo cíclotron é uma máquina que acelera feixes de íons, em uma câmara evacuada, ao longo de órbitas circulares de raio crescente. Os íons são acelerados por uma ação conjunta de um campo elétrico de alta frequência e um intenso campo magnético, perpendicular ao plano da órbita das partículas.

Arranjo experimental da irradiação das folhas para ativação em dois pontos no interior da casamata do cíclotron do CDTN - Divulgação

Ocorre que o feixe de partículas aceleradas produz radiação ao interagir com o material do alvo e do próprio cíclotron. O tipo e a intensidade do campo de radiação produzido por essas interações dependem da energia de movimento das partículas e podem ser divididas em alguns tipos.

Um tipo é a radiação de Bremsstrahlung, ocasionada pela desaceleração dos íons e elétrons. Outros são os raios-X característicos, gerados pela excitação dos elétrons orbitais pela transferência de energia das partículas carregadas do feixe. Um terceiro tipo são os raios gama prontos, originados da interação dos íons ou nêutrons com a matéria. Um quarto e último tipo é a radiação de nêutrons e íons, emitidas como resultado de reações nucleares diversas.

A extensão das repercussões previstas - Com o controle aprimorado, segundo Marco Aurélio, esse estudo permitirá que o conhecimento sobre o campo de radiação gerado tenha aplicações diversas, inclusive no apoio à ciência dos materiais e o desenvolvimento de novos dosímetros, espectrômetros e códigos computacionais de desdobramento de espectros. Mas, de acordo com o pesquisador, poderá também contribuir na melhoria da blindagem, de maneira a aumentar a vida útil da casamata do cíclotron e dos dispositivos eletrônicos do acelerador, que podem ser afetados pelo campo de radiação. "E, ao mesmo tempo, fornecerá dados para auxiliar nos estudos de implantação ou comissionamento de novos alvos do cíclotron e para o descomissionamento da instalação", afirma.

O estudo de Jhonny Antonio Benavente Castillo contou com a supervisão do pesquisador do CDTN Marco Aurélio de Souza  Lacerda - Foto: Antônio Pereira Santiago

Essa metologia pode ser usada em outras instalações radiativas e em diversos tipos de reatores nucleares e cíclotrons, além dos aceleradores de elétrons na indústria (para a esterilização de materiais médicos, tratamento de polímeros etc.) e na medicina, em procedimentos de radioterapia. No CDTN, esse estudo ainda será aproveitado para a formação de profissionais que atuam em proteção radiológica em diferentes atividades e instalações, em diversos ramos industriais que utilizam fontes de nêutrons, como, por exemplo, a mineração, a prospecção de petróleo e de gás natural, além da produção de cimento, de alumínio e de carvão.

Outra contribuição, segundo os responsáveis pelo estudo, será para a formação e consolidação de competência técnica na área de dosimetria de nêutrons e aplicações científicas e tecnológicas de campos e feixes de nêutrons, principalmente para atender à demanda futura de profissionais para o licenciamento e operação segura das usinas nucleares previstas para serem construídas no Brasil nos próximos anos e para a construção do Reator Multipropósito Brasileiro (RMB).

O projeto do Reator Multipropósito Brasileiro (RMB) é um empreendimento a cargo da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) - Divulgação

O RMB deverá garantir a autossuficiência do Brasil na produção de radioisótopos para medicina nuclear e ainda fornecer feixes de nêutrons para estudos diversos. Serão possíveis estudos para medidas de difração – seja as de alta resolução, as de alta intensidade ou pelo Método Laue (utilizado para determinar simetrias cristalinas e orientações cristalográficas) – e de tensão residual. Os recursos tecnológicos poderão ser aplicados também para a neutrografia, para a ativação de nêutrons, para a espectrometria, além de outros métodos de caracterização de materiais, inclusive para a indústria aeroespacial.

Em razão de tudo isto, trata-se, portanto, de um estudo de ampla importância estrutural, social e econômica, com repercussões para a qualidade de vida dos profissionais que atuam no setor e das pessoas em geral.

Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo. - jornalista

Acesse aqui a íntegra dessa edição.

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